Bár papíron létezik a tökéletes objektív, a valóságban ezt nem lehet előállítani, részben fizikai, részben pedig technológiai okokból. Ha azt hitted, hogy napjaink tízen-húszon lencsetagos optikái már nem szenvednek az alapvető leképezési hibáktól, akkor olvass tovább.

Ahogy Arthur Cox OPTICS című könyvének “The ideal lens” című fejezete kezdődik: No lens yet made is perfect. Bár ezt 1945-ben írta, a mai napig igaz. Ebben a cikkben pedig megnézzük, hogy mik azok a jelenségek, amik rontják a képminőséget és sok fejtörést okoznak mérnököknek és fotósoknak egyaránt.

De először: mi a feladat? Bár lyukkamerával is lehet fényképezni, tegyük fel, hogy ennél magasabb minőségi igényeink vannak, ezért egy lencsét használunk. E lencse dolga az, hogy a megörökíteni kívánt jelenetről érkező fényt (a jelenetben látható tárgyak által kibocsátott vagy visszavert fénysugarakat) egy sík felületre élesen és tisztán fókuszálja (leképezze). Egyszerűnek tűnik a dolog, és a fényképezés hajnalán az optika tudománya már messze a fotográfia előtt járt abban a tekintetben, hogy jól ismerték az üveg lencsék tulajdonságait és használatát (távcsövek például már 1608 óta léteznek, de lehet, hogy az ókori asszírok is használtak csiszolt üveget ilyen célokra).

Mire a fényképezés hajnalának hősei (Talbot, Daguerre és a többiek) munkához láttak az 1800-as évek első felében, matematikai apparátus is a tervezők rendelkezésére állt, így a fotózás rögzítési (kémiai) részének kísérletezős módszerével ellentétben az optikusoknak határozott elképzeléseik voltak. Ennek ellenére makacs problémákkal kellett megküzdeniük, amiket ma sorra fogunk venni. Ezeket a lencsék vagy objektívek tervezésénél és gyártásánál jelentkező problémákat nevezik leképezési hibáknak.

Ha szeretnéd alaposabban megérteni ezt az anyagot, feltétlenül olvasd el korábbi cikkemet, ami Miért működnek az objektívek? címmel jelent meg, és megtudhatod belőle, milyen furcsa dolog is a fény és hogyan viselkedik egy lencserendszerben. Ígérem, hogy ebben az anyagban kevesebb lesz a fizika és több az ábra.

Két dolgot kell megértened, mielőtt belevágunk

Az első a fénytörés. Mindaddig, amíg egy fénysugár a kibocsátása után homogén közegben halad, egyenes vonalban (és egyenletes sebességgel) teszi meg az útját. Azonban amint eltérő anyagok határára ér, fénytörést szenved és egyenes vonalú mozgása megváltozik (valójában azért, mert más lesz a sebessége). Hogy ez a változás milyen mértékű, azt az adott anyag törésmutatója (refraction index) határozza meg. Nyilván már kitaláltad, hogy az objektívben lévő lencsetagok is így működnek: anyaguktól és felületük formájától függően megváltoztatják az egyes fénysugarak útját, így végső soron leképezik a látószögükbe eső témát a képmezőre.

A második dolog, amit tudnod kell, hogy a látható fény elektromágneses hullámként is leírható, benne pedig eltérő hullámhosszok vannak. Amikor például a fehér fényre gondolsz, tudod, hogy az egy egyszerű prizmával felbontható összetevőire, azaz színekre. Minden szín más-más hullámhosszúságú elektromágneses sugárzást jelent (és természetesen e skála folytatódik a látható színeken kívül mindkét “irányba” az infravörös és az ultra-ibolya tartományba és tovább). A látható színek tehát a teljes elektromágneses spektrum emberi szem számára is érzékelhető keskeny szeletét jelentik.

Ahogy a prizma is felbontja a fehér fényt, úgy az objektívekben található lencsék is megteszik ezt, mert az eltérő hullámhosszúságú sugárzás másképpen törik meg a réteghatárokon. Az Abbé szám pontosan azt mutatja meg, hogy milyen az egyes üvegfajták teljesítménye (szórása) színbontás szempontjából.

Egy objektív több lencsetagból áll, ezek pedig eltérő típusú üvegekből készülnek, mert ezeknek más és más a törésmutatójuk és a színbontási képességük. Talán nem is gondoltad, milyen sokféle üveg típus létezik, ezért az Edmund Optics oldaláról hozok egy táblázatot a manapság leggyakrabban használt alapanyagokról:

A fenti változókkal, valamint maguknak a lencséknek a felületével (felületeik kombinálásával) operálva igyekeznek a gyártók kiszűrni az e cikkben mindjárt bemutatott leképezési hibákat. A legtöbb leképezési hiba megértéséhez elég lesz csupán a fénytörést ismerni, vannak azonban olyan jelenségek is, amik a színek hullámhosszával kapcsolatosak.

Fontos értened azt is, hogy a legtöbb leképezési hiba nem egyedül jelentkezik, hanem több másikkal együtt. Ezért amikor a gyártók ezek korrekciójára vállalkoznak, akkor a korrekciós megoldásoknak egyfajta kompromisszuma jön létre. Mivel a leképezési hibák többnyire külön-külön sem szűrhetőek tökéletesen, együttes korrekciójuk még nehezebb. Ezért van az, hogy még a legmodernebb objektívek is szenvednek szinte mindegyiktől, persze minőségüktől függően eltérő mértékben.

Az egyes leképezési hibák tárgyalásánál úgy tekintünk a többi aberrációra, hogy azok nem játszanak szerepet, így egyszerűbb bemutatni őket, de te már tudod, hogy a valóságban sosem jelentkeznek önállóan. A baj nem jár egyedül.

Mielőtt belevágunk, pár megfogalmazást tisztázok. Amikor lencséket említek, azok felülete mindig egyszerű, azaz gömbszférikus felület. Ha ettől eltérő, azt külön jelzem. Amikor képsíkról (vagy képmezőről) beszélek, az mindig az objektív mögötti sík felület, mely lehet film, szenzor, mattüveg vagy bármi más. A képmező közepe az a pont (és a körülötte lévő terület) a képsíkon, melyen az objektív optikai tengelye áthalad. A képmező széle az a terület, melyet a képmező és az optikai tengely metszéspontjától távolodva érünk el. Hogy mekkora a képmező, az természetesen attól függ, hogy mekkora képkört képes kirajzolni az adott objektív, de ez jelen cikk szempontjából most teljesen lényegtelen. Feltételezzük továbbá, hogy a lencsét vagy lencserendszert érő fénysugarak a végtelenből érkeznek, tehát ahol külön nem jelzem, ott párhuzamosnak tekinthetőek.

És most lássuk sorban az életünket megkeserítő (optikai) problémákat (kattintásra ugrik):

Szférikus aberráció

A beérkező fénysugarakat a lencse vagy lencserendszer attól függően, hogy az optikai tengelyétől milyen távol esnek, a képsíkra eltérő távolságban képezi le élesen. Bár a definíció bonyolultnak tűnhet, az ábra alapján azonnal megérted, hogy miről is van szó:

Egy egyszerű gyűjtőlencse nem képes pontszerűen leképezni a végtelenből érkező párhuzamos fénysugarakat, és jellemzően az optikai tengelyhez közelebbi sugarakat a lencsétől távolabb fókuszálja, míg a távolabbiakat közelebb. Ezzel szemben egy szórólencse pont fordított szférikus hibával rendelkezik:

Ez azt eredményezi, hogy a téma leképezése nem lesz pontszerű a képsíkon, azaz nem fogod élesnek látni. Abszolút élesség vagy abszolút pontszerűség persze csak a matematikában (optikában) létezik, ezért a gyártók hibahatárokat jelölnek ki: megmondják, hogy mi az a legnagyobb terület, ami még pontnak tekinthető a képsíkon, és élesnek látszik az adott nyersanyagon (pl. filmen) vagy szenzoron. Ez a hibahatár a nyersanyag vagy szenzor felbontásától erősen függ.

Mint azt már észrevehetted, a gyűjtő és szóró lencsék éppen ellentétes módon viselkednek szférikus aberráció szempontjából. Ennek kihasználásával a szférikus aberráció csökkenthető az egyes lencsefelületek kombinálásával (ez a legegyszerűbb megoldás), ezért a gyártók egyazon lencse két felületét eltérő dioptriával alakítják ki. Az erre vonatkozó számításoktól megkíméllek, azt viszont fontos tudnod, hogy amíg egyszerű gömbfelületbe illeszkedő lencsefelületeket kombinálunk, addig a szférikus aberráció sosem tüntethető el teljesen.

A kombinált lencsefelületek csökkentett szférikus aberrációját zónás aberrációnak is nevezik, és ez a zónás jelleg más aberrációk korrigálásánál is jelentkezik. A mérnökök a képmező közepén és annak szélein törekszenek tökéletes teljesítményre, így sokszor megesik, hogy a képközép és a sarkok közötti átmeneti területen egyes aberrációk erősebben jelentkeznek. A jelenséget annak ellenére nem lehet megszüntetni, hogy ma már számítógépek számolják a sokszorosan összetett lencserendszerek korrekciós profiljait. Az alábbi ábra sematikusan jelzi, hogy milyen lehet egy zónás szférikus aberráció:

A mérnökök a gyűjtő és szóró lencsék kombinálásán túl kifejlesztették az aszférikus lencsetagokat, melyek ezt a fajta leképezési hibát úgy igyekeznek kiküszöbölni, hogy az objektívben egy vagy több lencsetag felülete nem gömbszférikus, hanem speciális, görbülete változik. Ezzel elérhető, hogy a lencse eltérő területein áthaladó fénysugarak is a lehető leginkább pontszerűen képeződjenek le a képsíkon.

Bár ma már az olcsóbb optikák is tartalmaznak aszférikus tagokat, a technológia bevezetésének hajnalán ez komoly versenyelőnynek számított, így sok objektíven láthatsz ASPH vagy ASP jelölést, amik jelzik a termék magas minőségét.

Természetesen az aszférikus lencsetagok sem jelentenek tökéletes megoldást, mert változtatható gyújtótávolságú optikákban (zoomokban) nem lehet minden gyújtótávolságra optimalizálni a felületüket, illetve az előállításuk egy hagyományos lencséhez képest sokkal időigényesebb, bonyolultabb és drágább (sokáig csak aprólékos kézi munkával volt lehetséges, bizonyos fajtái pedig onion bokeh, azaz hagymakarika bokeh mintát eredményezhetnek, amiről később még lesz szó).

Amekkora gond egy hibahatáron belül korrigált optika esetén a szférikus aberráció, éppen annyira lehet használni "effektként is", erről pedig a soft focus részben még olvashatsz később.

Kóma

A kóma eredményezi az optikai tengelytől eltérő szögben beérkező fénysugarak által a képsíkon létrehozott szóródási köröket, melyek elkenődő foltok formájában jelentkeznek. Alakjuk nagyban hasonlít egy üstökös csóvájára (=kóma, innen ered a név), hegyesebb/élesebb részük pedig mindig a képsík közepe felé néz.

Minél nagyobb egy optika látószöge és minél nagyobb a beeső fénysugár szögének az optikai tengelytől mért eltérése, a kóma annál erősebb lesz. Az alábbi ábrából jobban érthető, hogyan jönnek létre a szóródási körök:

Kóma jellemzően akkor alakul ki, amikor nagyon gyorsan nekimegyünk valaminek és beverjük a fejünket, illetve amikor nagyon apró, távoli, pontszerű fényforrásokat fotózunk, például csillagokat. A képmező széle felé a csillagok már nem pontként (vagy nagyon apró korongként) jelennek meg, hanem a fenti szóródási minták szerint a középponttól kifelé elkenődve.

Ahogy azt a következő ábrán láthatod, hiába van egy objektív egészen jól optimalizálva az optikai tengellyel párhuzamosan érkező fénysugarakra, a kóma jelensége attól még ugyanúgy érintheti.

Amikor egy objektívet rekeszelünk, képminősége azért javul drasztikusan (egy bizonyos pontig), mert a szűkebb fényrekesz pontosan azokat a fénysugarakat szűrik ki, melyek a kóma jelenségét okozzák. Természetesen nem az összes ilyen fénysugarat távolítja el a szűkebb rekesznyílás, de épp eleget ahhoz, hogy a teljesítmény javuljon.

Éppen ezért nem mindegy, hogy hova kerül a rekesznyílás egy összetett optikai rendszerben. Manapság divatos az adaptált vetítőobjektívekhez rekeszt illeszteni, ám ez sokszor a lencserendszer után kerül betoldásra. Ha rossz helyen van, akkor vagy semmilyen eredménye nincsen, vagy a képminőség további romlását és vignettálást is okoz. A fényrekesz helyes pozíciója kizárólag az optikai rendszer fősíkjában lehet, annak helye pedig jól meghatározható az aktuális képlet függvényében.

Többszörösen összetett (sok lencsés) lencserendszereknél a kóma alakja változhat, bonyolultabbá válhat, hiszen az egyes tagok külön-külön is eredményezhetik azt, ezáltal a nagysága - a kiszűrésére tett erőfeszítések ellenére - növekedhet is. Mivel a kóma erőssége összefügg az adott optika látószögével, főleg a nagyobb látószögű objektíveket sújtja. Az alábbi ábrán pár objektív kóma képe vehető szemügyre:

Ezért van az, hogy bizonyos objektívek normál körülmények között átlagon aluli teljesítménymutatókkal rendelkeznek, asztrofotózásra azonban kiemelten alkalmasak.

Asztigmatizmus

Asztigmatizmusról akkor beszélünk, amikor az objektívbe jutó fénysugarak másképpen hajlanak el a vízszintes és a függőleges tengelyek mentén, ennek eredménye pedig pontszerű leképezés helyett egymást metsző vonalak alakzata.

Az asztigmatizmus az egyik legnehezebben megragadható leképezési hiba. Hasonlóan a kómához ez is egyre erősebb, ahogy a látószög és a képsík közepétől vett távolság növekszik. Két típusa is ismeretes. Az egyik a radiális, amikor a középponttól kifelé látszanak távolodni a hibák, a másik pedig a transzverzális, amikor a középpont körüli látszólagos elfordulás jön létre.

Mivel az asztigmatizmus szorosan összefügg a következőkben tárgyalt görbült képsíkkal, a képsík mozgatása (értsd: fókuszálás) közben megesik, hogy hol a sugarak, hol pedig a körök tűnnek élesebbnek.

Görbült képsík

Görbült képsíkról akkor beszélünk, amikor az optika által élesen leképezett pontok halmaza nem mindenhol esik a képmező síkjára, másképpen mondva az éles leképezési tartomány görbült.

Ilyenkor a képsíkon középen élesre állított téma a szélek felé egyre életlenebb, és fordítva: a képsík szélein élesre állított téma a kép közepe felé életlenedik. Számtalan olyan optika, amit eredetileg nem fotózásra terveztek (például vetítőobjektívek) rendelkezik ezzel a hibával (főleg a szimmetrikus képletekből fejlesztettek, például a speed-panchro jellegűek, de a hagyományos cooke-elrendezésből származók, például a tripletek nem). Mivel az ember nem racionális lény, manapság sokan odavannak e hiba miatt a vetítőobjektívekből adaptált optikákért, hiszen a görbült képsík növeli a képszélek elmosódását és mesebeli hangulatot tud eredményezni (azzal a komoly kompozíciós megkötéssel, hogy az optika csak középen éles igazán):

A görbült képsík kihasználása persze nem új keletű móka. Az eredeti Petzval optikákkal kapcsolatban még Cox is megjegyzi, hogy what photographic Petzval lenses are available are intended for portrait work, where a softening of definition towards the corners of the negative helps to give a more diffuse background, which is not considered as a serious defect in the lens for this type of photography.

Hogy az elhajlás mekkora, az az objektívben használt lencsetagok kialakításától és anyagától függ, mérőszáma pedig a Petzval-szám vagy más néven Petzval-feltétel, ami a tárgy és a kép görbületének összefüggését jelzi. Értéke minél nagyobb, a görbület mértéke is annál jelentősebb.

A problémát tovább fokozza, hogy a fókuszálás során a képsík görbület változhat. A gyártók sok esetben (különösen nagylátó objektíveknél) döntenek, hogy mely fókusz-tartományban legyen korrigálva a legjobban a képsík görbülete, és általában a “végtelent” választják. Emiatt nagyon sok 20-28mm körüli optikát érint a probléma (Flektogonok, Zuikók, Pentaxok, a sor hosszú…), hogy kisebb tárgytávolságokon a Petzval-számuk megnő, és nem sík a vetített kép.

A képsík görbülete emellett összetett probléma, különösen több lencsetagból álló rendszerekben. Amikor egy gyártó objektívet tervez, figyelembe veszi a kor szintjén elérhető technológiai színvonalat és azt is, hogyan marad megfizethető/piacképes egy objektív. A régi nagylátókban fellelhető <10 lencsetag sajnos nem elég a görbült képsík tökéletes korrigálására, és részben ez a magyarázata annak is, hogy miért léteznek manapság akár húsznál is több lencsetagból álló nagylátó objektívek.

A görbült képsíkra elegáns megoldás lehet, ha úgy döntünk, hogy nem korrigáljuk az optikai problémát, hanem alkalmazkodunk az adott rendszer Petzval számához, és a filmet/szenzort annak a görbületnek megfelelően készítjük el, amivel muszáj dolgoznunk. Erre létezik példa űrteleszkópokban is, ennél azonban még érdekesebb, hogy pár éve a szenzorfejlesztések éllovasa, a Sony is próbálkozott ilyen kamerával, mégpedig cserélhető objektíves kivitelben.

Kereskedelmi forgalomba ez a megoldás sosem került részben azért, mert minden objektív Petzval-száma más (még a tárgytávolságtól függően is változik), ezért nehéz lenne univerzális szenzort alkotni és ismét kompromisszumok sora jönne létre, ráadásul egy ilyen szenzor semmilyen korábbi, sík kép alkotására tervezett objektívvel nem működne. A cikk végén, a jövőről szóló részben ehhez még hozzáteszek egy érdekes kiegészítést.

Fontos értened, hogy a görbült képsík nem azonos a következő részben tárgyalt klasszikus hordó- vagy párnatorzítással, hiszen míg előbbinek az élesen leképezett pontok által alkotott “felülethez” van köze, utóbbiaknak a képmező egyes részein tapasztalható eltérő mértékű nagyításhoz.

Bár úgy tűnhet, hogy a görbült képsík esetén az élesen leképezett pontok halmaza gömbszférikus felületet alkot, ez egyre kevésbé igaz, ahogy az optikai tengelytől kifelé haladunk, ezért nagyobb képkört rajzoló (nagyformátumú) objektíveknél a korrigálása egyre nagyobb kihívás.

Torzítás

A torzítás nem más, mint a képmező egyes részein keletkező eltérő nagyítás. Ha a széleken a nagyítás mértéke nagyobb, mint a képmező közepén, akkor párnatorzítás, ha kisebb, akkor pedig hordótorzítás jön létre.

Ez főleg azért probléma, mert így a függőleges és vízszintes vonalak elgörbülnek. Azokon a fotókon, ahol fontos a vonalak tökéletes visszaadása (építészeti fotók, reprók készítése dokumentumokról vagy műtárgyakról), a torzítás jelentős gondot okoz.

Ahogy a többi képi hibát, úgy a torzítást is egyre erősebben tapasztaljuk a képmező széle felé haladva, valamint egyre nagyobb látószögű objektívet választva.

Egyszerű lencsék vagy lencserendszerek esetén a torzítás jól kalkulálható, a többszörösen összetett képleteknél viszont nem csak szabályos párna vagy hordó alak jöhet létre, hanem sokkal kacifántosabb, kombinált, nehezebben javítható torzítási minták is.

A torzítás az analóg fotózásban komoly problémát jelent, hiszen digitális képfeldolgozó szoftverek nélkül nehéz javítani. Manapság a legtöbb modern objektívhez már van korrekciós profil, amit a népszerű programok kezelnek is, így akár az EXIF adatokból automatikusan kiolvasva a szoftver magától is képes kijavítani a torzításokból eredő hibákat, és a kész képen a vízszintesek tényleg vízszintesek, a függőlegesek pedig tényleg függőlegesek lesznek.

E témánál érdemes megemlíteni, hogy bár egy nagylátó optikák lehetnek torzítás szempontjából szinte teljesen korrigáltak (például a Laowa Zero-D, azaz zero distortion optikák), attól még valami mást nem tartanak, ezek pedig a szögek. Aki rendszeresen dolgozik ultraszéles objektívekkel, az tudja, hogy a tárgyak jóval nagyobbnak tűnnek a sarkokban (és a képszéleken), mint a kép közepén (“kihúzza a sarkokat"), ami a szögek leképezését is érinti. Ez azonban nem az eltérő nagyítási zónákból eredő klasszikus torzítás esete, hanem a képszög sajátossága.

Lehet “választani”, hogy a vonalak vagy a szögek maradnak-e meg. Ha mégis a szögeket választod, akkor a vonalak fognak görbülni, ekkor azonban már halszem-objektívről beszélünk. A halszemekben érzékelhető vonaltorzítás azonban szintén nem az eltérő nagyítási zónák hibája, hanem a megoldás sajátossága.

Ha a fenti két fotót összehasonlítod, azonnal láthatod, hogy míg az első az egyeneseket, addig a második a szögeket tartja meg helyesen, ám a kettő sosem férhet meg egy képen. Ez - ismétlem - nem a torzítás, mint leképezési hiba kérdése.

Saroksötétedés

Saroksötétedés esetén a képmező szélei, különösen a sarkok felé sötétebbek, mint középen.

Megjelenésének oka, hogy az optikai tengelytől eltérő szögben beeső fénysugarak, melyek a képmező széleit rajzolják, rosszabb hatékonysággal jutnak át a lencsén vagy lencserendszeren (nem tudják kihasználni a teljes lencseátmérőket), így a képmező széleire kevesebb fény jut. A következő két ábrán láthatod ennek okát:

Érdekes, de ez a jelenség a miértje annak is, hogy sok lencserendszerben a bokeh-karikák a szélek felé kisebb alapterülettel (és eltérő alakkal) jelennek meg, ami egyfajta párhuzama is a sarkokra jutó kevesebb fénynek.

Éppen ezért az eltérő szögű fénysugarak kiszűrésével, azaz rekeszeléssel az optika kialakításából eredő saroksötétedés általában jól korrigálható és bizonyos rekeszértékeknél szinte teljesen meg is szűnik. A furcsa ebbe az, hogy tulajdonképpen itt nem a sarkok "javulnak", hanem a rekeszelés miatt az optikai tengellyel párhuzamos fénysugarak sem tudják kihasználni a teljes lencseátmérőket, így a képmező közepe "sötétedik hozzá" a szélekhez.

Vignettálás létrejöhet két további okból is, bár ezek nem kapcsolódnak a leképezési hibák tárgykörébe. Az első, ha az optika által kirajzolt képkör kisebb, mint a képmező, vagy valami belelóg az optikai rendszerbe akár azon belül, akár az optika és a képsík között (például egy hibás adapter vagy telekonverter).

A másodikat a szenzor és a rajta levő pixelek (illetve a pixelek előtt levő mikroprizmák) maguk okozzák. A szenzor (vagy film) sík, így amikor az optika rávetíti a képet, akkor a képmező közepe 90 fokban kapja a fénysugarakat, ez a szög azonban változik a sarkok felé, emiatt a beeső fénymennyiség is csökken kis mértékben. Ez a CRA, azaz chief ray angle problémája.

Amennyiben a mikroprizma-rétegen elhelyezkedő prizmák pozícióit helyesen állítják be, a szenzorvignettálás jelentősen csökkenthető, ám ez nagyon precíz kivitelezést igényel és optikánként eltérő beállítást, így főleg olyan esetekben teszik meg, amikor az objektív fixen csatlakozik a szenzorhoz és a beesési szögek sosem változnak.

Szorosan ide kapcsolódik az anti alias filterek kérdése is, melyek szintén okozhatnak szenzorvignettálást. Az AA filterek hivatottak kiszűrni a másodlagos minták megjelenését. Bizonyos digitális gépekben ma már nincsen AA filter, hanem a korrigálás szoftveresen történik. Anti-alias filter nélkül azonban Moiré jelenség alakulhat ki, ami hamis minták megjelenését jelenti bizonyos körülmények között. Akkor láthatsz ilyet, amikor például egy sűrű mintázatú zakón másodlagos, csak a felvételen látszó további minták jelennek meg. Ez azonban alapvetően nem optikai leképezési hiba, hanem a szenzorok sajátossága.

Hasonló minta-hibákat okozhatnak a szenzorok előtti Bayer-filterek is. Bár ez sem kifejezetten optikai leképezési hiba, érdemes megemlíteni. A Bayer-filter az a színszűrő réteg, ami a szenzor előtt a fényt RGB rendszer szerint kiszűri. Erre azért van szükség, mert az egyes digitális pixelek a teljes látható spektrumra érzékenyek, azaz nem jön rajtuk létre szín (monokrómok). A Bayer-filter feladata, hogy bizonyos pixelekre csak piros, bizonyosakra csak zöld, másokra pedig csak kék fényt engednek (valójában 4 pixel tartozik egy csoportba RGGB elrendezésben, a legtöbb szenzor ezért érzékenyebb a zöld fényre), utólag pedig ebből jön létre a színes RGB kép. Bizonyos szenzorok előtt eleve nincsen RGB szűrő, ezek teljes egészében monokróm képet rögzítenek. A lényeg nekünk most az, hogy színes Mioré-problémát speciális esetekben a Bayer-filter is előidézhet, és ez hasonlíthat a kromatikus aberráció tüneteire.

Digitális képfeldolgozó szoftverekkel a saroksötétedés javítható utólag is, és a torzításhoz hasonlóan a modern objektívekhez már előre elkészített korrekciós profil is rendelkezésre áll. Hogy mennyire tüntethető el nyom nélkül, az attól függ, hogy mennyire volt erős a saroksötétedés és az aktuális szenzor milyen tartalékokkal rendelkezik a sötétebb részeken (bizonyos szenzorok esetén a sötét részek sokkal jobban “felhúzhatóak” hibák nélkül, mint másokon).

Kromatikus aberráció

A kromatikus aberráció az eddigi leképezési hibáktól eltérően csak kevert (színes) fénynél jelentkezik, ugyanis abból ered, hogy az eltérő hullámhosszúságú fénysugarak (különböző színek) másképpen küzdik le a lencse vagy lencserendszer jelentette akadályt, és máshol alkotnak éles képet.

A fotókon a képmező féle felé haladva egyre erősebb, és főleg kontrasztos képrészeken jelentkezik kék, zöld vagy lila kontúrként.

Mondhatnám, hogy kevertet inni eleve nem jó ötlet, de tény, hogy az esetek döntő többségében nem csak egyféle hullámhosszúságú fénnyel dolgozunk, így a CA (chromatic aberration) elől nehéz elugrani. Bár számítógéppel az utómunka során viszonylag jól szűrhető, mindig marad egy kis nyoma, így érdemes eleve olyan optikát választani, ami kevésbé CA-zik.

A kromatikus aberráció csökkentése a fentiek fényében eltérő diszperziójú üvegtípusok (például korona és flint) kombinálásával lehetséges, hiszen ezek jól kiegyensúlyozhatják az eltérő hullámhosszok szórásának mértékét. Még a legegyszerűbb optikai képletekben is, mint amilyen a Tessar, található legalább egy akromát lencsepár a kromatikus aberráció csökkentésére.

A kromatikus aberráció természetesen a többi hullámhossz-tartományt is érinti, éppen ezért például az infra leképezési sík az objektívek esetében nem azonos a látható fényével, ezért az infra fókusz jelét a gyártók külön szokták felvinni az optikákon vörös vonallal/körrel/ponttal és/vagy R betűvel. Ha olyan fényképezővel fotózunk, melynek szenzoráról eltávolították az IR és más szűrőrétegeket (vagy a látható fényen kívüli tartományokra is érzékeny filmet használunk), akkor az objektíven látható tárgytávolság-adatok megváltoznak, hiszen máshol lesz “éles” a fotó.

Fontos érteni, hogy a normál fényre tervezett szenzorok szűrői kis mértékben érzékenyek lehetnek a látható spektrum széleire is (mivel az egyes tartományoknak nincsen éles határa, a hullámhosszok átmenetesen változnak). Ezek a hullámhosszok is érzékenyek a kromatikus aberrációra, így okozhatnak CA problémát. A tiszta, kék ég fényképezése során például járhat további kromatikus aberrációval az UV sugárzás is. Mivel filmen és digitális szenzoron is másképp próbálják ezt orvosolni, megeshet, hogy analóg eljárásokra tervezett vintage optikák jól teljesítenek filmen, de (ebből a szempontból) rosszul muzsikálnak digitális gépekre adaptálva.

Bár a fényképezésre szánt optikákat kevéssé érinti, nem árt tudni, hogy a fentiekben főleg az axiális, azaz tengely menti kromatikus aberrációról volt szó, mely az optikai tengellyel párhuzamos fénysugarakra vonatkozik. Tudjuk azonban, hogy az optika tengelyéhez képest eltérő szögben is belépnek az objektívbe fénysugarak, amik aztán másodlagos kromatikus aberrációt hozhatnak létre. Ezt laterális kromatikus aberrációnak is hívják. Speciális célokra szánt laboratóriumi objektívekben ennek csökkentésére is gondot kell fordítani a tervezés során.

Tükröződés és flare

A tükröződésről eddig nem esett szó, mivel nem klasszikus leképezési hiba, mégis ronthatja a képminőséget. Az objektívekben levő egyes lencsetagok felületei fényesek, így visszatükrözhetik egymást, ami a kontraszt drasztikus csökkenéséhez vezethet. Éppen ezért ezt a jelenséget is mérsékelni kell, amennyire lehetséges.

Erre a célra szolgálnak a lencsék felületére felvitt bevonatok. Ehhez előbb azonban érteni kell a visszaverődés jelenségét.

Még az optikai eszközök gyártásához használt üvegek sem tökéletesen átlátszóak. Az őket érő fény egy részét visszaverik. A visszaverés ráadásul duplán jön létre, egyszer a lencse felületén, az abba való belépéskor, másodszor pedig a kilépésnél, a lencsetag második felületén, magában az anyagban. (A visszavert fény további tükröződéseken is keresztülmehet.)

Most képzeld el, hogy egy összetett lencserendszerben ez a jelenség fokozódik, hiszen az egyes lencsetagok egymást is tükrözhetik. Itt válik a probléma jelentőssé.

Mindkét esetben jól kiszámítható a visszavert fény hullámhossza, így olyan bevonatokkal lehet ellátni az üvegeket, amik elnyelik azt. Kezdetben ezt egy réteggel oldották meg a gyártók, később pedig jöttek a több, akár hét rétegű bevonatok is.

A leghíresebbek a Zeiss T és T* coatingja, a Pentax SMC (Super Multi Coated), a Canon S.S.C. (Super Spectra Coated), a Vivitar VMC (Vivitar Multi Coated), újabban pedig UMC (Ultra Multi Coated), Neutrino Coating (semmi köze a neutronokhoz) és más fantázianeveken felbukkanó bevonatok. A Canon RF széria már air sphere coatingot használ, ami a lencse felületére növesztett kristályokkal, pontosabban azok alakjával csökkenti a visszaverődést.

A jó bevonatok felelősek leginkább az objektívek kontrasztjáért. Bár a kontraszt digitálisan utólag is növelhető, egyáltalán nem mindegy, hogy milyen az optika által leadott kép. Filmes fotózásnál pedig különösen fontos, hogy az optika minél kontrasztosabb és tisztább képet adjon. A Zeiss tesztábráján szélsőségesen látható, hogy mi történik bevonatokkal és azok nélkül:

A kontrasztarány növekedése természetesen a dinamikatartomány növekedéséhez is hozzájárul. Nem csak egy filmnek vagy digitális szenzornak lehet ugyanis dinamikatartománya, hanem egy objektívnek is, ami szorosan összefügg a bevonatok minőségével. Ha összehasonlítod egy bevonatos és egy bevonat nélküli objektív képét, akkor nyilvánvalóvá válik a dolog jelentősége:

A visszaverődés felelős a flare jelenségéért is, amikor az objektív lencsetagjain megcsillanó fény a leképezésben is látszani kezd.

A flare sokkal karakteresebben és határozottabban látszik és jelentősen ronthatja egy kép esztétikai élményét is, ezért a gyártók nem csak a bevonatok minőségének javításával igyekeznek szűrni, de például a lencsetagok szélének kidolgozásával is. Nem véletlen, hogy egy optikai rendszerben bizonyos lencsetagok széle matt fekete festékkel van ellátva, hiszen így a lencsék oldaláról egyébként visszaverődő fény elnyelhető, így nem okoz további problémákat.

A Zeiss volt olyan kedves és csinált egy objektívet bevonatok nélkül, majd odatette egy ugyanolyan, de bevonatos optika mellé:

Legközelebb, ha valaki azt mondja neked, hogy a bevonatok nem fontosak vagy van egy olyan objektívje, amin nincs is bevonat, nyugodtan mondd meg neki, hogy az - a legkorábbi, legegyszerább optikákat kivéve - szinte kizárt eset.

A fentiek miatt érdemes tudnod, hogy ha egy optika bevonata kopást szenvedett (részben vagy teljesen el lett távolítva), nagyon fontos, hogy ez hol történt. Sokszor a frontlencsén fordul elő bevonatkopás, ám az okozza a legkisebb problémát, hiszen a frontlencsét nem fogja visszatükrözni semmi. Az optikai képlettől is függ, hogy az objektív belsejében hol jelent kisebb és hol nagyobb problémát egy-egy coating sérülése, de könnyen megtörténhet, hogy egy-egy belső bevonat hiánya nem okoz szemmel látható problémát az alkotott képen, vagy csak bizonyos körülmények között.

A visszaverődés nem csak az optikán belül, de a szenzor és az objektív hátsó lencsetagja között is létrejöhet, világos és kontraszttalan foltot eredményezve a képmező közepén. Ezt a jelenséget hot spotnak hívják, és elsősorban a digitális gépeket érinti, hiszen a filmek felülete matt, így nem tükrözik vissza a hátsó lencsetagot. Infra fotózás esetén olyan objektívek is produkálhatják a jelenséget, amik normál fényben erre nem érzékenyek.

Diffrakció

A diffrakció nem más, mint a fénysugaraknak szilárd testek élei mentén történő elhajlása, vagy másképpen mondva a fény szóródása.

A diffrakció nem tartozik a klasszikus leképezési hibák közé, mivel alapesetben nem érinti a legtöbb objektív képét. Hatása - különösen nagy rekesznyíláson - elhanyagolható. Említettem azonban korábban, hogy egy-egy objektív képe rekeszeléssel csak egy bizonyos pontig javul, utána újra romlani kezd. Ennek oka pedig a diffrakció.

Fontos tudni, hogy a rekeszelés, ha teljesen nyitott fényrekeszről indulunk, szinte minden objektív képminőségén javít. Ez a javulás két leképezési hibát azonban nem érint: a laterális kromatikus aberrációt és a torzítást. Emellett bármilyen más hibán is csak egy bizonyos - objektívtől függő - rekeszértékig javít.

Ennek egyik oka az, hogy ha a fényrekesz átmérőjét túl kicsire vesszük, akkor a pontszerű leképezés korongszerűvé válik, amit angolul annak leírója után Airy disk problémának neveznek. Nem csak kis korong jöhet így létre, hanem körülötte centrikus körök is. Utóbbi oka a fény hullámtermészetével kapcsolatos és egészen a kvantummechanika klasszikus kétréses kísérletéig vezetne vissza minket - ahova hely hiányában most nem megyünk.

Hogy az életünk ne legyen egyszerű, fontos hozzátenni, hogy az Airy disk problémája nem kizárólag a rekeszértéktől függ. Ez már csak azért is nyilvánvaló, mert bizonyos objektíveket tovább lehet rekeszelni képminőség-romlás nélkül, mint másokat. (Az, hogy egy gyártó mekkora legkisebb rekesznyílást tesz lehetővé egy optikán, nem jelenti azt, hogy addig érdemes is lerekeszelni). Példának okáért Arthur Cox említi, hogy míg az 1.5/50-es Sonnart nem érdemes f/11 alá rekeszelni, addig 2/50-es testvérét bátran lehet 11 alá is állítani. Ez tehát összefüggésben van az optikai képlettel is.

Emellett az optika képsíktól vett távolsága is számít, amit akkor tapasztalsz meg, amikor közgyűrűvel növeled egy makró objektív géptől vett távolságát a leképezési arány növeléséhez. Ilyenkor előfordulhat, hogy olyan rekeszérték adja a legjobb képminőséget, ami alapesetben már nem volna célravezető az Airy disk erőssége miatt.

Azt szokták mondani, hogy egy fényképezésre szánt kisformátumú (fullframe vagy kisebb) objektív f/8 érték körül adja a legjobb rajzolatát. Ez azonban csak egy általánosítás. Minden lencserendszernek van egy sweet spotja, azaz egy olyan rekeszértéke, ahol a legszebb rajzzal dolgozik. Ezt bonyolultabb tesztábra nélkül is megállapíthatod, egyszerűen csak keresned kell egy részletgazdag, kontrasztos, lehetőleg a végtelenben levő látképet (akár egy tájkép vagy városi kép), és minden rekeszértéken készíteni egy-egy fotót, majd elemezni annak középső és sarok részeit számítógépen, teljes nagyításban. Egyértelmű lesz, hogy hol rajzol a legszebben.

Hagymakarika bokeh

A hagymakarika bokeh nem klasszikus leképezési hiba, de érinti az alkotott képet. Koncentrikus körökből álló alakzatot hoz létre a fókuszon kívüli képrészeken, a bokeh karikákban.

Ennek oka bizonyos aszférikus lencsetagok előállításának módja. Ahogy a szférikus aberrációnál már tárgyaltuk, e leképezési hiba megszüntetésére a gyártók bevezették az aszférikus lencsefelületeket, melyeknél nem egyszerű gömbfelületről van szó, hanem összetett görbületről. Ennek eredménye a szférikus aberráció drasztikus csökkenése.

Míg azonban szférikus (egyszerű) lencsefelületet előállítani viszonylag egyszerű a hagyományos üvegcsiszolási eljárásokkal, addig az ehhez használt módszerek aszférikus tagoknál nem működnek. Sokáig az aszférikus lencsetag luxus volt és csak a legdrágább optikákban használtak ilyesmit, mert kézileg kellett kimunkálni az egyes felületeket. A tömeges gyártás akkor indulhatott meg, mikor kifejlesztették az ehhez szükséges módszert, melyet leginkább (és durva közelítéssel) úgy tudsz elképzelni, mint az esztergagépben forgó fadarab formálását (csak itt egy pici penge dolgozik az üveg felületén).

Ennek eredménye az, hogy az aszférikus lencsetag felülete nem teljesen sima: rajta koncentrikus körök vannak, amik a bokeh karikákban is megjelennek. Ez eredményezi a hagymakarika bokeht.

A legtöbb fotós ezzel egyáltalán nem foglalkozik, mert a teljes kép szempontjából lényegtelen, maga az aszférikus tag viszont jelentősen javítja az objektív rajzolatát. Ráadásul ma már az ilyen lencsetagok felületi megmunkálása is más, így újabb objektívekben nem is tapasztalható ez a jelenség.

Soft focus

A soft focus nem klasszikus leképezési hiba, bár valójában a rajzolatot rontó eljárás. Szándékosan idézik elő, hogy portrék esetében lágyabb, természetesebb képet kapjanak.

Ahogy a fenti képen is láthatod, egy soft focus optikával készült, vagy valamilyen normál optika képét soft focusra alakító eszközzel rögzített fotón egyfajta “lepel” vagy fényes köd jön létre. Ha alaposan megfigyeled a képet, ez nem azt jelenti, hogy az optika rajza homályos vagy életlen, hiszen minden éles részlet megvan, sokkal inkább csak azt, hogy az éles/fényes részeknek egyfajta fényudvara van.

A soft focus valójában nem más, mint tudatosan használt szférikus aberráció. Két megoldás közül választhatnak a gyártók: léteznek olyan soft focus objektívek, melyek kezdő rekeszértéken produkálnak diffúz képeket, majd rekeszelve javul a rajzolatuk, illetve olyanok is, amikben egy-egy lencsetag pozíciójának változtatásával bármely rekeszértéken létrehozható a tiszta és a soft focus rajz is. Utóbbi megoldás nagyobb szabadságot ad az alkotó kezébe. Fontos érteni, hogy mindkét típus esetén van éles rajza az optikának, tehát a szférikus aberráció mértéke pontosan meghatározott, és előre jelölt minőségi határokon belül mozog.

Jelenleg a gyártói trendek éppen ellentétesek a megelőző évtizedek fotós elvárásaival: a portréoptikák tökéletesen élesek, kontrasztosak és tiszta képet adnak, sokszor olyannyira “jót”, hogy a retusálás az utómunka során kifejezett kínszenvedés (problémás bőrtípusok esetén). Egy jól használt soft focus optika éppen ezért pont ellentétes hatást kelt.

Soft focus képeket készíthetsz kifejezetten ilyen objektívekkel (például a Pentax csinált 2.8/85mm soft focus objektívet PK bajonettre), vagy egy normál objektív elé helyezett soft focus előtéttel. Ez lehet erre a célra gyártott filter vagy akár egy darab celofán is. A lényeg, hogy valamilyen diffúz hatása legyen, tehát a fénynek egy részét szórja.

Jövő

Bár az emberi szem távolról sem tökéletes, annak képét sokszor hasonlítják össze az objektívekével, mondván: a szemben egyetlen lencse dolgozik, mégis mennyi mindenre képes!

Tisztázandó a dolgokat: az emberi szem arra hivatott, hogy a külvilágból érkező, a látható fény tartományában eső elektromágneses hullámokat egy lencse és a retina segítségével elektromos jelekké alakítsa. Ez minden, amire képes. Nem “ért” és nem “rögzít” semmit.

Ezek az elektromos jelek (ingerek) bemennek egy olyan helyre, ami egész életünkben teljesen sötét és zárt: a koponyába. Itt csücsül az agyunk, ami e jeleket (és más érzékszervekből érkezőket is) az előre kódolt és az életünk során tanult minták alapján a valóságról alkotott modellé állítja össze és arra használja, hogy ne egyen meg minket az oroszlán. Szemből persze kettő van, mert a túlélést segíti, ha térlátásunk van, térlátáshoz pedig két nézőpont szükséges, kis mértékben eltolva egymástól.

Értened kell azonban, hogy amit te látásnak nevezel, az nagyrészt egy agyi tevékenység: az agyad folyamatosan 3D-ssé alakítja, tökéletesíti, idealizálja és kipótolja a látott jelenetet, és az emlékekben is így tárolja őket. A szem tehát távolról sem hibátlan, különösen egy igazán jó objektívvel összehasonlítva.

Az agyad azonban sokkal jobb, mint bármilyen mai fényképező vagy képfeldolgozó rendszer, hiszen fel tudja fogni és értelmezni tudja a látottakat. Ez kelti azt az érzést, hogy a látásod tökéletesebb, mint egy Hasselblad.

Hogy teljes legyen az okfejtés, tudnod kell, hogy a technika fejlődése is inkább az agy irányába halad: ma már az arc- és szemkövető fókuszok felismerik a látottakat (egyelőre embert és állatokat) és értik, hova kell fókuszálnia az objektívnek. Ez nem az autofókusz-technológia kérdése. Ez a mintafelismerő algoritmusok területe. Ugyanígy a jövő fényképezői egyre több témát fognak megérteni, ahogy a számítási kapacitásuk növekedik, és ennek megfelelően fognak egyre jobb képeket alkotni a megfelelő beállítások megválasztásával. Ez persze nem a szorosan vett leképezés (optikai) területe, de a folyamat egyre inkább hasonlít az emberi idegrendszer működéséhez, vagyis az “értő látáshoz”.

Megjegyzendő, hogy a fentiek ellenére az emberi szem konstrukciós szempontból mégiscsak kutatásra érdemes terület, hiszen egyetlen lencsetag dolgozik benne, ám az egészen más, mint az optikákban használt üveg tagok: képes alakját folyamatosan változtatni. Könnyen lehet, hogy a jövő objektívjeiben sokkal kevesebb lencsetag lesz (ez növeli majd a tényleges fényerőt /T érték/, csökkenti a visszaverődéseket, stb.), ezek a lencsetagok azonban szabályozható alakú felületekkel fognak rendelkezni.

Képzeld el, hogy akár csak pár lencsetag is mire lehet képes, ha aszférikus felületük alakját valós időben tudja változtatni a fényképező úgy, hogy a lehető legjobb leképezési minőséget nyújtsák minden tekintetben. Az így megvalósuló autofókusz sebességéről ne is beszéljünk (szinte “pillanatszerűvé” válhat az élességállítás). Az, amit korábban évekig számoltak mérnökök, a fényképezőben valós időben fog megtörténni: a mesterséges intelligencia egyszerre figyeli a torzítást, a kromatikus aberrációt és az összes többi leképezési hibát, és folyamatosan korrigál. Mindez pedig az anyagtudományok fejlődésének és a számítási kapacitás folyamatos növekedésének köszönhető.

Nem csak az optikai rendszerek jövője izgalmas azonban az egyre jobb képminőség elérése szempontjából.

A görbült képsík problémájánál már érintettem egy érdekes lehetőséget, mégpedig a nem sík szenzorok technológiáját. Bár ez nem kifejezetten optikai probléma, fontos szólni róla, hogy egy görbülettel rendelkező, az adott optika Petzval számához alkalmazkodó szenzor teljesen kiválthatja a field curvature problémájának korrigálására tett erőfeszítéseket. A gond az, hogy minden optikának más a képsík-görbülete, ráadásul egy görbült képérzékelőn egyáltalán nem működnének az eddig gyártott objektívek.

A jövő megoldása lehet egy olyan szenzor, melynek görbülete dinamikusan változtatható akár annak megfelelően is, hogy milyen optikát érzékel a gép a bajonettjén (elektronikusan közölt adatok alapján), vagy - hovatovább - a fényképező maga valós időben vizsgálná a felhelyezett optika által nyújtott kép görbületét, és folyamatosan igazítani hozzá a szenzort. Ez legalább olyan izgalmas, mint a változtatható felületű lencse kérdése.

Szintén nem a leképezési hibák klasszikus tárgykörébe tartozik, de azt sem szabad elfelejteni, hogy az optikai hibák jelentős részét ma már szoftveres utómunkában jól lehet korrigálni. Elérkezhet az a pont, ahol a gyártók jobb korrigáló algoritmusokat tudnak készíteni, mint amilyen optikai rendszer gyártható még piacképes áron, így előállhat egy olyan állapot is, amikor a képminőségért többet tesz a szoftver, mint a hardver.

Hogy pontosan mit hoz a jövő, azt nem tudom, de van egy jó hírem: mindannyian együtt megyünk oda.

* * *

Más alapokat boncolgató tudásanyagok is érdekelnek? Akkor ezeket is nézd meg:

• Miért működnek az objektívek?
• Gyújtótávolság, látószög és crop-faktor: hol az igazság?
• Milyen objektívvel fotózzak portrét?
• Kezdő fotós kisokos
• Mire jó az A-M kapcsoló és a presetes blendeállítás?
• Mi a gond a modern objektívekkel?
• Fullframe vs. APS-C

* * *

Kérdésed, kérésed, kiegészítésed maradt az anyaggal kapcsolatban? Írd meg nekem bátra elérhetőségeimen.

Megosztanád a közösséggel a tapasztalataidat, kérdéseidet? Várunk szeretettel a Vintage Pub virtuális kocsmájában a nap 24 órájában.

Leképezési hibáktól mentes szép napot kívánok nektek!